铝及铝合金 (上课)

1、 铝及铝合金铝及铝合金 课前复习题1、金属材料通常可分为几类？、金属材料通常可分为几类？答:通常将金属材料分为有色金属和黑色金属两大类。黑色金属是指铁、锰、铬及其合金；除此之外的所有金属都称为有色金属。2、与黑色金属相比，有色金属有何特点？、与黑色金属相比，有色金属有何特点？答：比密度小、比强度高，在空间技术、原子能、计算机等新型工业部门应用广泛。 本课内容1、工业纯铝的特性、用途及分类；、工业纯铝的特性、用途及分类；2、铝合金的分类；、铝合金的分类；3、铝合金的时效强化；、铝合金的时效强化；4、变形铝合金；、变形铝合金；5、铸造铝合金。、铸造铝合金。 工业纯铝的特性密度较小，约为2.7g/c

2、m3 ；面心立方晶格（FCC）；无同素异晶转变；导电、导热性好，仅次于银、金、铜。极强的抗大气腐蚀能力，在空气中铝的表面生成致密的氧化膜，保护了内部金属不被腐蚀钝化现象。但铝不能耐酸、碱、盐的腐蚀；非磁性、无火花材料；强度低，塑性好，比强度高；可通过冷变动强化提高强度、硬度； 工业纯铝应用实例 工业纯铝的分类及牌号分类：工业纯铝分纯铝(99%wAL99.85)和高纯铝(wAL99.85%)两类。纯铝又分为铸造纯铝和变形铝两种。牌号：铸造纯铝的牌号由“Z”和铝的化学元素符号及表明铝含量的数字组成，如ZAl99.5表示wAl=99.5%的铸造纯铝；变形铝的牌号用四位字符体系的方法命名，即用1表示，

3、牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量100后小数点后两位数字，第二位的字母表示原始纯铝的改型情况，如为A，表示原始纯铝，若为其它字母，则表示为原始纯铝的改型。如变形铝1A30表示wAl=99.30%的原始纯铝。 铝合金的分类用于制作铝合金的合金元素大致分为主加元素（硅、铜、镁、锌、锰等）和辅加元素（铬、钛、锆等）。铝与主加元素的二元相图一般都具有右图所示形式，根据该相图上最大溶解度D点，把铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金：成分在D点以左的合金，加热到固溶线以上时，可得到单相固溶体，塑性好，宜于进行压力加工，称为变形铝合金。 铝合金的分类变形铝合金又分为两类：成分在F点以左的合金，固

4、溶体成分不随温度而变，属热处理不可强化合金；成分在DF点之间的合金，固溶体成分随温度而变，属热处理可强化铝合金。 铸造铝合金成分在D点以右的合金，由于有共晶组织存在，适于铸造，称为铸造铝合金。铸造铝合金中有成分随温度变化的固溶体，也能用热处理强化。但距D点越远，强化效果愈不明显。 铝合金的时效强化固溶处理：将成分位于DF点之间的合金，加热到 相区，经保温获得单相 固溶体后迅速水冷，可在室温下获得过饱和的 固溶体，这种处理方式称为固溶处理。时效强化：固溶处理后得到的组织是不稳定的，有分解出强化相过渡到稳定状态的倾向。在室温下放置或低温加热时，强度和硬度会明显升高。这种现象称为时效强化。在室温下进

5、行的称自然时效；在加热条件下进行的称人工时效。时效条件： 合金能在高温形成均匀的固溶体，并且固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低。 含4%Cu的Al-Cu合金的自然时效曲线 硬度时间 4%Cu的Al-Cu合金，加热到550并保温一段时间后, 在水中快冷时, 相(CuAl2)来不及析出, 合金获得过饱和的 固溶体组织, 其强度为b250MPa。若在室温下放置, 随着时间的延续, 强度将逐渐提高, 经45天后, b可达400MPa。 回 归自然时效后的铝合金, 在230250短时间(几秒至几分钟)加热后, 快速水冷至室温时, 可以重新变软。如再在室温下放置, 则又能发生正常的自然时效。这

6、种现象称为回归。一切能时效硬化的合金都有回归现象。自然时效后的铝合金在反复回归处理和再时效时强度有所降低。时效后的铝合金可在回归处理后的软化状态进行各种冷变形。利用这种现象，可随时进行飞机的铆接和修理等。变形铝合金的牌号四位字符，第一、三、四位为数字，第二位为字母“A”第一位数字表示主要合金元素： 2 3 4 5 6 7 Cu Mn Si Mg Mg2Si Zn例如：5A50表示以镁为主要合金元素的变 形铝合金。 变形铝合金 变形铝合金包括： 防锈铝合金 硬铝合金 硬铝合金 锻铝合金 防锈铝合金防锈铝合金中主要合金元素是锰和镁。锰提高抗蚀能力，并起固溶强化作用。镁固溶强化，同时降低比重。 防锈

7、铝合金锻造退火后是单相固溶体，抗蚀性能高，塑性好。不能进行时效硬化，属于不可热处理强化的铝合金，但可冷变形，利用加工硬化提高强度。 （5A50, 3A21）应用：航空工业，承受焊接的零件，耐蚀邮箱 防锈铝的应用 硬铝合金硬铝合金为Al-Cu-Mg系合金, 另含有少量锰（1增加耐蚀性；2固溶强化）。它们可以进行时效强化，属于可热处理强化的铝合金 。（2A01,2A11,2A12）耐蚀性差，需包覆一层薄的纯铝应用：飞机螺旋桨，叶片，支架等 硬铝的应用 超硬铝合金 超硬铝合金为Al-Mg-Zn-Cu系合金, 含有少量的铬和锰。牌号有7A04等。锌、铜、镁与铝形成固溶体和多种复杂的第二相(例如MgZn

8、2、Al2CuMg、AlMgZnCu等)，合金经固溶处理和人工时效后，可获得很高的强度和硬度，是强度最高的一类铝合金。但这类合金的抗蚀性较差，高温下软化快。用包铝法可提高抗蚀性。 超硬铝超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件，例如飞机大梁、起落架等。 锻铝合金 锻铝合金为Al-Mg-Si-Cu或Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。牌号有6A02、2A50等。合金的元素种类多但用量少，有良好的热塑性、铸造性能和锻造性能，并有较高的机械性能。 这类合金主要用于承受重载荷的锻件和模锻件，通常要进行固溶处理和人工时效。 铸造铝合金铸造铝合金主要有： 铝硅系、铝铜系、铝镁系及铝锌系四种，以铝硅系应用最广泛

9、。 代号用“ZL”加三位数字表示，第一位数表示合金类别（1为铝硅系，2为铝铜系，3为铝镁系，4为铝锌系），第二、三位数字为合金序号。例如ZL102表示2号铝硅系铸造铝合金。 牌号由Z和铝的化学元素符号、主要合金元素符号及合金元素名义百分含量的100倍的数字组成。 铝硅系合金 变质处理仅含硅元素的铝硅合金（如ZL102）通常称硅铝明。铸造后几乎全部得到共晶体组织(+Si), 具有优良的铸造性能(熔点低、流动性好、收缩小)。 在一般情况下，ZL102的共晶体由粗针状硅晶体和 固溶体构成, 强度和塑性都较差。 浇铸前向合金液中加入占合金重量2%3%的变质剂(常用钠盐混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织, 显著提高合金的强度及塑性。这种处理方法即是变质处理。 ZL102的铸态显微组织 变质前显微组织变质后显微组织 硅铝明的性能与应用硅铝明的主要缺点是铸件致密程度低，强度较低，且不能热处理强化。为了提高铝硅合金的强度可加入镁、铜以形成强化相Mg2Si、CuAl2、CuMgAl2等。这样的合金在变质处理后进行淬火时效，以提高强度，如ZL105、ZL108等合金。ZL102铸造性能